Устройство для измерения скорости вращения вала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА(71) Заявитель Могилевский машиностроительный институт(72) Авторы Серков Александр Владимирович Башаримова Валентина Николаевна Миронов Константин Данилович Костюшко Анатолий Николаевич Геращенко Александр Васильевич(73) Патентообладатель Могилевский машиностроительный институт(57) Устройство для измерения скорости вращения вала, содержащее частотный датчик скорости вращения, формирователь импульсов, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот и измерительный прибор, отличающееся тем, что частотный датчик скорости вращения выполнен в виде диска с прорезями и выступами, установленного на валу, и катушки индуктивности с магнитным сердечником, жестко закрепленной вблизи прорезей и выступов этого диска, формирователь импульсов выполнен в виде последовательно соединенных триггера с одним входом, выполненного на двух биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, и эмиттерного повторителя, устройство содержит также первую дифференцирующую цепь, входом подсоединенную к катушке индуктивности частотного датчика скорости вращения, и последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь и выпрямитель, при этом выпрямитель соединен с фильтром нижних частот, база первого биполярного транзистора триггера подключена к выходу первой дифференцирующей цепи, а выход эмиттерного повторителя подключен ко входу второй дифференцирующей цепи. 4945 1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости вращения валов мобильных машин. Известно устройство, содержащее частотный датчик частоты вращения, включающий в себя металлический диск с прорезями и выступами, установленный на валу, импульсный щелевой преобразователь, установленный вблизи вала с возможностью вхождения диска в щель преобразователя, дифференцирующую цепь, диод, фильтр низших частот 1. Недостатком известного устройства является то, что в качестве частотного датчика использован преобразователь импульсный щелевой, имеющий ограниченный диапазон измерения скорости вращения с заданной погрешностью. Практически этот диапазон ограничен скоростью вращения, равной 1500 мин-1. При этой скорости вращения на выходе преобразователя импульсного щелевого формируется сигнал, изображенный на фиг. 1. С увеличением частоты вращения на выходе преобразователя импульсного щелевого возникают динамические погрешности прямоугольных импульсов, что показано на фиг. 2 для скорости вращения 2000 мин-1. При более высоких скоростях вращения эти погрешности возрастают. Искажения прямоугольных импульсов обусловлены тем, что динамические свойства преобразователя импульсного щелевого при высоких скоростях вращения описываются апериодическим звеном первого порядка. Известно устройство для измерения скорости вращения, содержащее частотный датчик скорости, формирователь импульсов постоянной площади, вход которого соединен с выходом частотного датчика скорости, и фильтр низших частот, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов постоянной площади, аналоговый датчик скорости,при этом формирователь импульсов постоянной площади, выполненный в виде аналогового ключа, интегратора и порогового элемента, снабжен входом управления амплитудой и длительностью формируемых импульсов, соединенным с выходом аналогового датчика скорости, выполненного в виде тахогенератора 2. Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является его ограниченные возможности и недостаточная надежность. Ограниченные возможности устройства объясняются тем, что процесс измерения скорости вращения при применении аналогового датчика, выполненного в виде тахогенератора, сопровождается отбором мощности для привода тахогенератора, а для мобильных машин это не приемлемо, так как это нарушает их нагрузочные и скоростные режимы, а в некоторых случаях установить тахогенератор на машину не представляется возможным. Наличие двух датчиков в устройстве снижает его надежность. Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для измерения скорости вращения путем обеспечения работы устройства на мобильных машинах, на которых невозможен отбор мощности с крутящих валов, и повышение надежности путем упрощения устройства. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для измерения скорости вращения вала, содержащем частотный датчик скорости вращения, формирователь импульсов, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот и измерительный прибор, согласно изобретению, частотный датчик скорости вращения выполнен в виде диска с прорезями и выступами, установленного на валу, и катушки индуктивности с магнитным сердечником, жестко закрепленной вблизи прорезей и выступов этого диска,формирователь импульсов выполнен в виде последовательно соединенных триггера с одним входом, выполненного на двух биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, и эмиттерного повторителя, устройство содержит также первую дифференцирующую цепь, входом подсоединенную к катушке индуктивности частотного датчика скорости вращения, и последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь и выпрямитель, при этом выпрямитель соединен с фильтром нижних частот, база первого биполярного транзистора триггера подключена к выходу первой дифференцирующей цепи,а выход эмиттерного повторителя подключен ко входу второй дифференцирующей цепи. 2 4945 1 На фиг. 1 изображена последовательность импульсов на выходе преобразователя импульсного щелевого при скорости вращения 1500 мин-1, на фиг. 2 - последовательность импульсов на выходе преобразователя импульсного щелевого при скорости вращения 2000 мин-1, на фиг. 3 - разнополярная последовательность импульсов, полученная на выходе катушки индуктивности, на фиг. 4 - разнополярная последовательность остроконечных импульсов, полученная на выходе первой дифференцирующей цепи, на фиг. 5 последовательность прямоугольных импульсов, полученная на коллекторе первого транзистора триггера, на фиг. 6 - последовательность прямоугольных импульсов, полученная на коллекторе второго транзистора триггера, на фиг. 7 - последовательность экспоненциальных импульсов, полученная на выходе второй дифференцирующей цепи, на фиг. 8 последовательность одинаковых экспоненциальных импульсов, полученная после выпрямления, на фиг. 9 - сигнал, пропорциональный скорости вращения, на фиг. 10 и фиг. 11 общая схема устройства. Устройство для измерения скорости вращения вала содержит (фиг. 10 и фиг. 11) частотный датчик 1 скорости вращения, формирователь 2 импульсов, а также последовательно соединенные фильтр 3 нижних частот и измерительный прибор 4, частотный датчик 1 скорости вращения выполнен в виде диска 5 с прорезями и выступами, установленного на валу, и катушки 6 индуктивности с магнитным сердечником, жестко закрепленной вблизи прорезей и выступов этого диска 5, формирователь 2 импульсов выполнен в виде последовательно соединенных триггера 7 с одним входом, выполненного на двух 8 и 9 биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, и эмиттерного повторителя 10, устройство содержит также первую дифференцирующую цепь 11, входом подсоединенную к катушке 6 индуктивности частотного датчика 1 скорости вращения, и последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь 12 и выпрямитель 13,при этом выпрямитель 13 соединен с фильтром 3 нижних частот, база 14 первого биполярного транзистора 8 триггера 7 подключена к выходу первой дифференцирующей цепи 11, а выход эмиттерного повторителя 10 подключен ко входу второй дифференцирующей цепи 12. Первая дифференцирующая цепь 11 содержит резисторы 15, 16, конденсатор 17. Триггер 7 имеет резисторы 18, 19, 20, 21. Вторая дифференцирующая цепь 12 содержит резисторы 22, 23, конденсатор 24. При вращении вала с металлическим диском 5 с прорезями и выступами на выходах катушки 6 индуктивности формируются разнополярные импульсы, которые дифференцируются с помощью первой дифференцирующей цепи 11. На фиг. 4 представлена разнополярная последовательность остроконечных импульсов, пригодных для запуска триггера 7. В исходном положении триггера считаем, что первый транзистор 8 закрыт, а второй транзистор 9 триггера открыт. При поступлении на базу 14 транзистора 8 положительного остроконечного импульса А (фиг. 4) в момент времени 1 транзистор 8 открывается, а транзистор 9 закрывается (фиг. 5, 6). При последующем поступлении в момент времени 2 отрицательного остроконечного импульса Б (фиг. 4) на базу 14 транзистора 8 он закрывается, а транзистор 9 открывается. В результате этого на выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульс Д (фиг. 6). При поступлении от первой дифференцирующей цепи 11 остроконечных импульсов В и Г (фиг. 4) на базу 14 транзистора 8 происходит формирование прямоугольного импульса Е (фиг. 6). Далее формирование прямоугольных импульсов с помощью триггера 7 происходит аналогично описанному выше процессу. При различной скорости вращения формируются прямоугольные импульсы различной длительности. Для получения одинаковой площади импульсов они дифференцируются второй дифференцирующей цепью 12 (фиг. 7). Затем полученные импульсы выпрямляются (фиг. 8). На выходе фильтра 3 низших частот формируется сигнал, уровень которого пропорционален скорости вращения вала в данный момент времени (фиг. 9). Таким образом, при скоростях вращения до 6000 мин-1 происходит четкая работа устройства. Изменение скорости в достаточно большом диапазоне не оказывает влияния на 3 4945 1 работу триггера. Надежность повышается за счет упрощения устройства, так как исключается применение второго аналогового датчика скорости вращения. Источники информации 1. Патент 2005086 РФ, МКИ 6 В 60 К 41/00 Устройство для диагностирования транспортного средства / В.В. Геращенко, М.Ф. Пашкевич, М.Я. Яскевич, В.Н. Башаримова. 5044472/11 Заявлено 26.05.92 Опубл. 30.12.93.-Бюл. 47-48.- 5 с. 2. А.с. 1144053 СССР, МКИ 601 Р 3/481 Устройство для измерения скорости вращения / В.С. Росланас. - 3562898/24-10 Заявлено 05.03.83 Опубл. 07.03.85. - Бюл. 9. - 4 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.